0 引言

建筑行業(yè)在社會經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著重要地位，只有保證建筑行業(yè)健康發(fā)展，才能有效推動社會經(jīng)濟的增長。對于建筑行業(yè)而言，建筑工程施工管理是所有建筑企業(yè)面臨的重要課題，如何有效提高施工管理水平是促進建筑行業(yè)健康發(fā)展的關鍵。智慧工地是一種新興的建筑工程管理理念，可以應用在建筑工程的整個生命周期中。在智慧工地云平臺中，運用先進技術手段對施工現(xiàn)場進行實時監(jiān)控與管理，有利于提高施工過程中的安全性，加強相關方之間的協(xié)作，提升管理水平。

1 智慧工地云平臺在工程項目中的作用

智慧工地云平臺的建設與應用，是充分發(fā)揮遠距離監(jiān)控、地理信息系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)以及云計算等先進信息技術的巨大潛力，依托于互聯(lián)網(wǎng)，構建出集感知、匯聚、分析、應用于一體的平臺，如圖1所示。

在工程項目建設中，智慧工地云平臺的作用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）實現(xiàn)資源整合。智慧工地云平臺可以集成當前的各類子系統(tǒng)，實現(xiàn)對資源的有效整合，為工程項目建設管理過程提供基礎性的數(shù)據(jù)支持，也可以構建長效的共享交換機制，有利于實現(xiàn)各部門間的數(shù)據(jù)分享交流管理，有效解決數(shù)據(jù)處于孤立狀態(tài)的問題[1]。

2）為各類應用提供支持。通過推進智慧工地云平臺的建設，建立數(shù)據(jù)中心以及服務中心兩大核心組件，提高施工現(xiàn)場決策能力和管理效率，節(jié)約人力物力，降低施工成本，實現(xiàn)數(shù)字化、智慧化管理。同時，可以為平臺中運行的個性應用提供底層數(shù)據(jù)支持，確保這些應用能夠正常運行，充分發(fā)揮其在平臺中的作用。

3）建立信息服務體系。構建高效的智慧工地云平臺，能夠對人員管理、安全管理、機械設備管理、材料管理、環(huán)境監(jiān)測以及視頻監(jiān)控等服務信息進行科學分類與有效整合，滿足施工現(xiàn)場各個環(huán)節(jié)多樣化的服務需求。通過多元化的途徑發(fā)布相關的信息資源，可以提供更為全面且優(yōu)質的信息檢索服務[2]。

4）為決策制定提供依據(jù)。智慧工地云平臺的應用，能夠實現(xiàn)對各類信息資源的有效整合，借助先進的數(shù)據(jù)挖掘技術，以報告、圖表等多種形式為決策者提供全面的參考依據(jù)，在一定程度上協(xié)助決策者做出更加準確的決策。

2 智慧工地云平臺的構架

智慧工地云平臺是一項借助科技創(chuàng)新手段，整合有關部門、各類相關企業(yè)及市民各方資源，提供全方位服務的綜合性信息平臺。該平臺主要涵蓋環(huán)境及設備監(jiān)控，視頻數(shù)據(jù)采集，智能在線管理，網(wǎng)絡化協(xié)同辦公系統(tǒng)等核心業(yè)務模塊。

2.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)采用視頻監(jiān)控技術，將工地現(xiàn)場的實時狀況清晰地呈現(xiàn)出來。視頻監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對遠端球形攝像機及其運動軌跡的精準控制，同時接收并處理施工現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各類警報信息。該系統(tǒng)還能通過語音指令對施工過程進行遠程操控與指揮，為管理者提供一種全新的方式對工地進行全面控制、監(jiān)督及管理，從而極大地增強了對工地的支持力度。施工項目管理團隊可以充分運用視頻監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對整個施工過程的全天候監(jiān)測。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠捕捉到現(xiàn)場每一個細微的變化，在視線難以觸及的偏僻角落里出現(xiàn)的施工問題都能被清晰地記錄下來，以便管理人員快速準確地找到問題根源并解決問題。在意外事故等緊急事件發(fā)生時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠幫助管理人員迅速查明事故的詳細原因，為事故處理提供有力支持和保障[3]。此外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)對施工現(xiàn)場核心區(qū)域的實時全程監(jiān)測，監(jiān)測工程建設的每一個環(huán)節(jié)，迅速識別并處理各類問題，消除可能存在的安全風險，確保施工品質的卓越性。

2.2 設備監(jiān)控系統(tǒng)

設備監(jiān)控系統(tǒng)主要由塔吊監(jiān)控、升降機監(jiān)控以及特殊車輛監(jiān)控三個模塊構成。在塔吊監(jiān)控模塊中，每個獨立的塔機均可自行運行并實時監(jiān)控，能夠對多臺塔機之間的防碰撞作業(yè)及聲光預警功能進行全面保障。在警報鳴笛響起時，整個系統(tǒng)將自動控制塔機停止執(zhí)行任何可能存在風險的操作，確保設備安全性。而升降機監(jiān)控模塊可以實現(xiàn)對升降機設備狀態(tài)的實時監(jiān)測。一旦出現(xiàn)緊急情況，監(jiān)控中心即可通過指令立即暫停升降機運行，防止事態(tài)進一步擴大。系統(tǒng)能夠完成對現(xiàn)場工作人員面部特征的精準辨識，不僅能夠有效防范非授權人員未經(jīng)許可擅自進入現(xiàn)場，同時也能確保只有經(jīng)過身份認證的工作人員才能操作設備。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中還會記錄包括升降機設備的使用次數(shù)、故障檢修時間等重要信息，形成詳盡的設備維護檔案，以便日后進行查閱與參考。在特殊車輛監(jiān)控模塊中，主要針對特殊車輛的監(jiān)控工作，全面監(jiān)測進入工地上的所有特殊車輛，如水泥運輸車、混凝土攪拌車等，確保施工現(xiàn)場內(nèi)人員及車輛的安全性得到充分保障。

2.3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可實時監(jiān)控現(xiàn)場施工所產(chǎn)生的噪聲及粉塵狀況，確保工程建設能夠實現(xiàn)文明環(huán)保的施工方式。在噪聲監(jiān)測中，需要將噪聲監(jiān)測裝置安裝在施工現(xiàn)場，能夠對工地周邊的噪聲水平進行實時監(jiān)測和量化。采集到的數(shù)據(jù)會被安全地傳輸至云端服務器，并借助云計算技術深入分析與處理。一旦監(jiān)測過程中出現(xiàn)高于法定標準的噪聲情況，系統(tǒng)將會立即發(fā)出警報，同時向當?shù)貦C構及相關職能部門反饋準確的數(shù)據(jù)信息，以便及時采取應對措施。在粉塵監(jiān)測中，需要將粉塵監(jiān)測裝置安裝在施工現(xiàn)場，對施工現(xiàn)場周邊環(huán)境的粉塵狀況進行實時監(jiān)控，并將獲取到的各項數(shù)據(jù)傳送至云端服務器進行分析處理。一旦檢測到與氣象部門提供的相關數(shù)據(jù)存在明顯差異，系統(tǒng)將會立即觸發(fā)警報機制以確保環(huán)境安全[4]。

2.4 在線管理系統(tǒng)

在線管理系統(tǒng)主要由人員管理模塊、材料管控模塊、制度管理模塊以及安全管理模塊構成。在人員管理模塊中，施工開始前嚴格執(zhí)行人員身份核實及分類，并以此為基礎，實施完善的安全管理體系。對于在高危環(huán)境下作業(yè)的員工，系統(tǒng)將自動標注其相關信息，并對該類員工實行更高級別的安全管控措施。在材料管控模塊中，每次材料的使用以及采購，系統(tǒng)都會進行詳細記錄和注明。根據(jù)施工前擬定的材料預算和實際使用情況，系統(tǒng)可以生成直觀易懂的圖表，為材料管理人員提供參考依據(jù)[5]。這樣不僅有利于對材料的精準控制，更能夠有效提升材料的利用率，實現(xiàn)資源利用的優(yōu)化。在進度管理模塊中，系統(tǒng)將建立詳細的總體工程進度圖表，并依據(jù)具體施工狀況不斷更新這份進度圖表，同時注明項目目前所處的工期階段。在此過程中，管理人員將借助于系統(tǒng)自動生成的彩色進度條，方便對每個階段的進展情況進行全方位的監(jiān)控，靈活調(diào)整工時安排以及進度計劃，確保工程能夠按照預定的工期順利完成，避免因不利因素導致的延誤現(xiàn)象發(fā)生。在安全管理模塊中，包括安全組織管理、施工現(xiàn)場的安全管理、工程施工過程中的安全管理以及設備使用過程中的安全管理等內(nèi)容。通過建立高效穩(wěn)定的安全管理系統(tǒng)，能夠對工作人員或設備的狀態(tài)及行為進行實時監(jiān)控，所有參與者的人身安全得到充分保障，有效防止設備在運行過程中發(fā)生任何故障。

3 面向物聯(lián)網(wǎng)的通用智慧工地云平臺接入服務的實現(xiàn)

與現(xiàn)有的接入技術相比，面向物聯(lián)網(wǎng)設備的通用智慧工地云平臺接入具有明顯的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢集中體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸效率更高、運行過程中的能源消耗減少，并且具備強大的數(shù)據(jù)分析能力。這里以基于智能物聯(lián)網(wǎng)平臺構建的智慧工地數(shù)據(jù)云平臺為例，探討物接入服務的實現(xiàn)。

3.1 物接入服務概述

物接入（IOT Hub）通過在云服務器與終端設備之間構建高效穩(wěn)定的雙向信息通道，支持大規(guī)模的前端設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、分析以及狀態(tài)監(jiān)測等關鍵操作。物接入作為構建物聯(lián)網(wǎng)應用的基礎，能夠處理高達億萬級別的并發(fā)連接與信息流量，為用戶提供打通雙向數(shù)據(jù)傳輸渠道的有效途徑，實現(xiàn)與智能物聯(lián)網(wǎng)平臺各類產(chǎn)品及服務的順利對接。依托于物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的設備接入服務，能夠順應市場需求，支持標準物聯(lián)網(wǎng)MQTT協(xié)議。為了滿足海量設備間進行大規(guī)模且高效的雙向信息交流，采用發(fā)布與訂閱的典型模式。MQTT協(xié)議以其簡潔明了、標準化程度高、操作簡便、開放性強以及易于開發(fā)等顯著優(yōu)勢，成為在網(wǎng)絡通信帶寬受限的物聯(lián)網(wǎng)應用環(huán)境中最為適宜的選擇[6]。

3.2 物接入的創(chuàng)建

物接入平臺采用B/S架構，其體系結構包括感知設備、通信網(wǎng)絡、規(guī)則引擎和數(shù)據(jù)存儲。感知設備主要是通過各類傳感器接收周圍環(huán)境的變量并轉化為數(shù)字化信息。通信網(wǎng)絡的主要作用是接收感知設備發(fā)送的數(shù)據(jù)。規(guī)則引擎是系統(tǒng)剝離出來的一個獨立負責邏輯處理的對象，觸發(fā)業(yè)務規(guī)則。數(shù)據(jù)存儲的作用是接收規(guī)則引擎流轉的數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)持久化。物聯(lián)網(wǎng)平臺提供海量設備的接入與管理能力，可以將IoT設備連接到云平臺，支撐設備數(shù)據(jù)采集上云和云端下發(fā)命令給設備進行遠程控制，根據(jù)不同的應用場景，快速構建物聯(lián)網(wǎng)安全監(jiān)測解決方案。

搭配自有或第三方邊端物聯(lián)網(wǎng)關，可支持多種北向設備協(xié)議接口如Modbus、OPC、Http、MQTT等。操作簡單，靈活對接阿里云、MES、云平臺、組態(tài)軟件等信息化與數(shù)字化系統(tǒng)。同時支持多種網(wǎng)絡的設備連接，如4G、5G、Wi-Fi、有線連接等。

在運用MQTT協(xié)議來創(chuàng)建物接入功能時，開源多種平臺設備端代碼，提供設備端SDK、驅動等，幫助不同設備、網(wǎng)關輕松接入。同時，可以提供通信的產(chǎn)品和設備Topic，方便管理設備與服務端的通信，簡化授權操作，并且提供多種協(xié)議的設備端SDK，既滿足長連接的實時性需求，也滿足短連接的低功耗需求，還提供云對接SDK，快速構建橋接服務，搭建設備與物聯(lián)網(wǎng)平臺的雙向數(shù)據(jù)通道。

3.3 物接入的消息通信

物聯(lián)網(wǎng)平臺根據(jù)配置的數(shù)據(jù)流轉規(guī)則，將指定Topic消息的指定字段流轉到目的地，進行存儲和計算處理。并且提供RRPC和PUB/SUB兩種通信模式，滿足在不同場景下的需求。其中，PUB/SUB是基于Topic進行的消息路由，并且可以對設備與物聯(lián)網(wǎng)平臺之間的數(shù)據(jù)傳輸進行壓縮處理，達到節(jié)約設備流量和提高傳輸速度的效果。

3.4 物接入的數(shù)據(jù)服務

接入設備數(shù)據(jù)源、云產(chǎn)品數(shù)據(jù)源、API數(shù)據(jù)源、本地上傳數(shù)據(jù)源、IOT孿生引擎數(shù)據(jù)源，并且預處理IOT實例Topic數(shù)據(jù)和API數(shù)據(jù)源，可以實現(xiàn)SQL分析功能，支持分析設備冷數(shù)據(jù)，或將外部導入的行業(yè)和業(yè)務數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析。通過編寫SQL語句，配置執(zhí)行查詢的策略，調(diào)度產(chǎn)出所需的數(shù)據(jù)至自定義存儲表，為進一步挖掘數(shù)據(jù)的價值，提供分析數(shù)據(jù)的基礎。

3.5 物接入的監(jiān)控運維

在物聯(lián)網(wǎng)設備完成智慧工地云平臺接入后，平臺可以對接入的設備、消息、物模型和規(guī)則引擎相關指標數(shù)據(jù)，進行實時監(jiān)控和云監(jiān)控報警。針對設備運行數(shù)據(jù)提供的一系列運維場景智能服務，分析判斷設備故障、探測設備潛在風險并及時預知業(yè)務異常。通過SSH協(xié)議的網(wǎng)絡服務遠程登錄設備進行設備控制和管理，建立訪問端與設備端間的Web Socket通道，實現(xiàn)遠程連接企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)平臺設備的功能[7]。

4 結語

將信息化技術融入工地建設過程中能夠有效地提高施工過程中的安全性與質量水平。智慧工地云平臺中所涵蓋的各類系統(tǒng)，都能展現(xiàn)出各自獨特的功能優(yōu)勢，實現(xiàn)工程相關工作的安全與質量的實時監(jiān)控，確保工程能夠按照預定時間節(jié)點順利完成。因此，建筑產(chǎn)業(yè)領域迫切需要推廣、應用這一新型管理模式。

參考文獻

[1] 吉杰，張為超，方杰杰.基于物聯(lián)網(wǎng)技術構建智慧工地的協(xié)同管理[J].儀器儀表用戶，2023，30（12）：109-112.

[2] 李云濤，楊海成，梁四幺.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧工地構建分析[J].中國設備工程，2022（6）：37-38.

[3] 李家華，黃黎明，陳良志.基于BIM和物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧工地平臺在LNG碼頭施工中的應用[J].水運工程，2024（2）：169-174.

[4] 甘超，楊玉芝，吳其林，等.基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地系統(tǒng)研究[J].綠色建筑，2023，15（5）：47-50.

[5] 李佳茜.基于北斗定位和物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧工地研究[J].北京工業(yè)職業(yè)技術學院學報，2023，22（2）：44-47.

[6] 宋宇寧.基于“物聯(lián)網(wǎng)+”的智慧工地應用探究[J].科學與信息化，2023（6）：84-86.

[7] 邵駿鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)技術的智慧工地系統(tǒng)應用研究[J].建筑與裝飾，2023（5）：142-144.